JP2005288277A - ゴミ処理装置およびゴミ処理方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 回収されたゴミを圧縮するとともにゴミ水分を取り除いたゴミを微細ゴミに粉砕するミル機能を備えたロータリープレス10と、そのロータリープレス10によって圧縮されて得たゴミ水分に対して細胞壁を破壊可能なプラズマ処理を施すプラズマ処理装置20と、プラズマ処理をしたゴミ水分を発酵させて燃料ガスを得る発酵装置30とを備えた。また、プラズマ処理装置20は、微細ゴミにもプラズマ処理を施し、発酵装置30は、プラズマ処理した微細ゴミをも発酵させることとした。
【選択図】 図1
Description
ただし、家庭用ゴミを減らす技術として、生ゴミ処理機と呼ばれる簡単な装置も開発されているが、臭いの発生、スペースの確保などの問題があり、広く普及しているとは言えなかった。
燃焼処理における燃料の節約のためには、ゴミに含まれている水分を除去する合理的な技術があればよいのだが、そうした技術は不足していた。つまり、ゴミから水分を分離しても分離した水が大量に出てしまい、別途その水分には有機物が多く含まれているため、その水を早く安価に処理する技術が確立されていない。したがって、水分の分離をすることなく燃焼処理をしているのが現状であった。
すなわち、ゴミの有機成分を分解発酵の発酵促進を、安価且つ迅速に達成する技術が望まれていた。
ここで、請求項1から請求項6に記載の発明の目的は、ゴミの水分を合理的に除去し、エネルギー効率にも優れ、ゴミの有機成分の分解発酵の発酵促進を簡便に達成するためのゴミ処理装置を提供することにある。
また、請求項7および請求項8に記載の発明の目的は、ゴミの水分を合理的に除去し、エネルギー効率にも優れ、ゴミの有機成分の分解発酵の発酵促進を簡便に達成するためのゴミ処理方法を提供することにある。
本発明は、分解発酵を促進するためにプラズマ技術を用いる。すなわち、プラズマ放電によってゴミの中に存在する有機物の細胞壁を破壊することで、細胞液を素早く分解発酵に供し、発酵を劇的に促進することを発明原理としている。
請求項1記載の発明は、回収されたゴミを圧縮するロータリープレスと、そのロータリープレスによって圧縮されて得たゴミ水分に対して細胞壁を破壊可能なプラズマ処理を施すプラズマ処理装置と、プラズマ処理をしたゴミ水分を発酵させて燃料ガスを得る発酵装置とを備えたゴミ処理装置を提供する。
ここで「細胞壁を破壊可能なプラズマ処理」とは、以下のようなものである。放電条件として、電圧が15.3〜130kV(好ましくは30〜50kV)、放電波形としてバイポーラ減衰波形であって周波数が10〜100kHz(好ましくは20〜50kHz)、放電方式として誘電体バリア放電またはアーク放電である。また、プラズマによる細胞壁の破壊を効率化するために、処理対象となる水分は例えば霧状とする。
ロータリープレスがゴミを圧縮し、微細ゴミとゴミ水分とに分離する。プラズマ処理装置がゴミ水分に対しプラズマ処理を施し、ゴミ水分の細胞壁を破壊する。このプラズマ処理によってセルロースなどの分解しにくい分子構造であった細胞壁が破壊され、細胞壁の中にあった細胞液が流出する。内部の細胞液に対しての発酵促進を施す。すなわち、細胞液は分解しやすい分子構造なので、発酵装置がプラズマ処理されたゴミ水分の発酵を施し、発酵によってメタンガスが得られる。
ゴミの中から分離されたゴミ水分は、有機物を含んでいるのでそのままでは腐敗し、悪臭を放つが、有機物を構成する動植物の細胞は細胞壁で護られているので、分解もしにくい。しかし、プラズマ処理によって細胞壁が壊され、細胞液がゴミ水分にとけ込むこととなる。そのため、微生物による有機物の発酵分解が促進され、メタンガスを得られる。メタンガスを放出したゴミ水分は、有機物が取り除かれたこととなるので、腐敗の原因物質が減少し、悪臭が減り、無害に近づくこととなる。
したがって、ゴミから分離した水を早く安価に処理することに寄与し、間接的にはゴミの燃焼に要する燃料の節約にも寄与する。
なお、液体状のゴミ水分に対してのプラズマ処理時間は、固体状(例えば、微細ゴミなど)のものに比べて、短くすることが望ましい。これは、固体よりも液体のほうがプラズマ処理の効果が高く、浸透しやすいからである。
請求項2記載の発明は、請求項1記載のゴミ処理装置を限定したものであり、ゴミ水分から分離されたゴミを微細ゴミに粉砕するミルを備えるとともに、前記プラズマ処理装置は、前記微細ゴミにもプラズマ処理を施し、前記発酵装置は、プラズマ処理した微細ゴミをも発酵させることが可能であるようにしたことを特徴とする。
ここで、「ミル」とは、ゴミを粉砕する機能を備えた機械の総称であり、狭義のミルを意味しない。
ゴミ処理装置に備えられたミルがゴミ水分から分離されたゴミを微細ゴミに粉砕する。粉砕するためのミルは、上記のロータリープレスと一体的な構造としても望ましい。プラズマ処理装置が、微細ゴミにプラズマ処理を施す。このプラズマ処理によってセルロースなどの分解しにくい分子構造であった細胞壁が破壊され、細胞壁の中にあった細胞液が流出し、細胞液に対しての発酵促進を施す。発酵装置がプラズマ処理された微細ゴミの発酵を施し、その発酵によってメタンガスが得られる。
すなわち、ゴミ水分と分離した微細ゴミに対しても、ゴミ水分と同様にメタンガスを得ることができ、合理的にエネルギーを確保することができる。また、この微細ゴミは、水分を除去した圧縮状態のゴミであるため、燃焼効率に優れ、燃焼のための燃料の節約に寄与する。
請求項3記載の発明は、回収されたゴミを圧縮するとともにゴミ水分を取り除いたゴミを微細ゴミに粉砕するミル機能を備えたロータリープレスと、そのロータリープレスによって圧縮されて得たゴミ水分に対して細胞壁を破壊可能なプラズマ処理を施すプラズマ処理装置と、プラズマ処理をしたゴミ水分を発酵させて燃料ガスを得る発酵装置とを備えたゴミ処理装置を提供する。
ロータリープレスでゴミを圧縮し、ミル機能により微細ゴミとゴミ水分とに分離する。プラズマ処理装置がゴミ水分に対しプラズマ処理を施し、ゴミ水分の細胞壁を破壊する。このプラズマ処理によってセルロースなどの分解しにくい分子構造であった細胞壁が破壊され、細胞壁の中にあった細胞液が流出する。内部の細胞液に対しての発酵促進を施す。すなわち、細胞液は分解しやすい分子構造なので、発酵装置がプラズマ処理されたゴミ水分の発酵を施し、発酵によってメタンガスが得られる。
請求項4記載の発明は、請求項3記載のゴミ処理装置を限定したものであり、前記プラズマ処理装置は、前記微細ゴミにもプラズマ処理を施し、前記発酵装置は、プラズマ処理した微細ゴミをも発酵させることが可能であるようにしたことを特徴とする。
プラズマ処理装置が、微細ゴミに対してもプラズマ処理を施すので、微細ゴミの中にある有機物に係る細胞壁が破壊され、細胞壁の中にあった細胞液が流出する。流出した細胞液は発酵しやすいので、発酵装置がプラズマ処理された微細ゴミに対しても発酵を施し、その発酵によってもメタンガスが得られる。したがって、発酵する過程によって微細ゴミからもメタンガスを得ることができる。
請求項5記載の発明は、請求項1から請求項4のいずれかに記載のゴミ処理装置を限定したものであり、発酵装置から得たメタンガスから水素を得るための改質機と、その改質機によって得た水素を貯蔵する水素吸蔵合金と、改質機から得た炭素を用いて前記発酵装置を加温する発酵補助装置とを備えたことを特徴とする。
「発酵補助装置」とは、例えば焼却炉の余熱または廃熱によって発酵装置を加温し発酵促進を促すための装置である。焼却炉の燃焼を促進するための燃料として用いてもよいが、所定以上の温度(例えば摂氏45度以上)では、発酵のための微生物が死滅するおそれがあるので、例えば熱の媒体として水を用いて間接的に加温するなどの工夫をする。
改質機がメタンガスの水素と炭素の中から水素を抽出し、その水素を水素吸蔵合金に貯蔵する。一方、メタンガスから得られた炭素を用いて発酵補助装置がメタンガス炭素を用いて発酵装置を加温する。水素吸蔵合金で貯蔵された水素は、燃料電池などとして利用することができる。
また、メタンガスを分解してできた炭素は、発酵補助装置によって加温するためのエネルギーとして利用される。このため、ゴミの発酵によって生成されたメタンガスの炭素を再利用して発酵装置の発酵を促進させることができ、合理的にエネルギーの再利用が図られている。
請求項6記載の発明は、請求項1から請求項5のいずれかに記載のゴミ処理装置を限定したものであり、
発酵装置には、メタン発酵として働く微生物の補給装置を備えたことを特徴とする。
プラズマ処理によって発酵に必要な微生物が死んでしまった場合や、発酵活動が減退してしまった場合などは、補給装置が発酵装置に対して微生物を補給する。このため、微生物の補給を行なうことにより、発酵時間の短縮が図られ、促進をさせることができる。
請求項7記載の発明は、ロータリープレスで回収されたゴミを圧縮するゴミ圧縮工程と、 そのゴミ圧縮工程によって圧縮されて得たゴミ水分に対して細胞壁を破壊可能なプラズマ処理装置でプラズマ処理を施すプラズマ処理工程と、 そのプラズマ処理工程によってプラズマ処理を施したゴミ水分を発酵させて燃料ガスを得る発酵工程とを備えたゴミ処理方法を提供する。
請求項8記載の発明は、請求項7記載のゴミ処理方法を限定したものであり、
ゴミ水分から分離されたゴミを微細ゴミに粉砕するゴミ粉砕工程と、 そのゴミ粉砕工程によって得た微細ゴミにプラズマ処理を施す微細ゴミプラズマ処理工程と、 プラズマ処理した微細ゴミを発酵させる微細ゴミ発酵工程とを備えたゴミ処理方法に係る。
請求項7および請求項8に記載の発明によれば、ゴミの水分を合理的に除去し、エネルギー効率にも優れ、ゴミの有機成分の分解発酵の発酵促進を簡便に達成するためのゴミ処理方法を提供することができた。
ゴミ処理装置1は、ゴミを分離するロータリープレス10と、ゴミにプラズマ放電を施し、ゴミの発酵促進を行うプラズマ処理装置20と、ゴミの発酵処理を施すゴミ発酵キルン(発酵装置)30と、ゴミの発酵に伴って発生するメタンガスを分解し、メタンガスの分解によって生成された炭素と水素のうち、水素を抽出する改質機40と、抽出した水素を貯蔵する水素吸蔵合金タンク50とを備えている。また、メタンガスの炭素を用いてゴミの燃焼を行うとともに、ゴミ発酵キルン30を余熱する焼却炉(発酵補助装置としても機能する)60と、ゴミ発酵キルン30に微生物を補給する補給装置70とを備えて構成されている。
図3に示すロータリープレス10は、枠体11と、この枠体内に配置された一対のキャタピラベルト12と、これらキャタピラベルト12を作動させるための駆動源である駆動モータ(図示しない)と、ゴミを粉砕するためのミル部材16とを備えている。枠体11は、下方に向けて細くなるように形成されている角筒体からなり、床上に支持台などを介して起立されている。一対のキャタピラベルト12は、それぞれ上下両端側が回転軸13a、13bに掛け回されている。回転軸13a,13bは、枠体11内に上下方向にかつ押圧面12aが互いに対向して配置されている。この押圧面12a,12aは下方にゆくほど近づいているとともに、その表面状には多数の突起部(図示は省略)を設け、ゴミを確実に把持させて下方へ送るようにしている。
すなわち、ロータリープレス10のメイン機能としては、投入されたゴミをゴミ水分と微細ゴミとに分離することになる。微細ゴミは、ミル機能によって粉砕する。そして、これら微細ゴミおよびゴミ水分は、プラズマ処理装置20に送られる。
図4の回転円錐台23の下部に示した複数の矢印は、放電ストリーマと呼ばれるもので、放電の向きを示したものである。
プラズマ処理装置20は、上記ロータリープレス10で圧縮した微細ゴミおよびゴミ水分に対し、プラズマ放電(誘電体バリア放電)を施し、ゴミの発酵を促進するための装置である。プラズマ処理装置20は、ゴミを粉砕するためのゴミ粉砕刃21を備えた金属製の外周壁面22と、外周壁面22の内周面の略中心部に配置され、ゴミ粉砕刃21bを備えた回転構造の回転円錐台23と、回転円錐台23の下部に配置されたプラズマ放電用誘電体24と、プラズマ放電用誘電体24の下部に配置された金属製の支持台25とを備えて構成されている。
プラズマ処理装置20による放電条件は、電圧を30〜50kV、放電波形としてバイポーラ減衰波形であって周波数が20〜50kHz、放電方式として誘電体バリア放電を採用した。この条件では、細胞壁の主成分であるセルロース中の「C−O−C結合」を破壊するのに適していることが判明したからである。誘電体バリア放電ではなくアーク放電を採用しても、細胞壁を破壊できた。
ゴミ発酵キルン30は、誘電体構造として形成されており、金属製の円柱部材31と、円柱部材31内に配置され、内部に誘電体を被覆した回転構造の回転六角体32と、円柱部材31の略中心部に配置され、攪拌用の回転羽33を有する回転構造の回転円柱体34とを備えて構成されている。また、回転六角体32と回転円柱体34とは、図5の矢印で示すように、それぞれが逆方向に回転する構造となっている。
ゴミ発酵キルン30は、装置全体から加熱、保湿および回転羽33から回転六角体32の誘電体に微弱放電される。プラズマ処理装置20でプラズマ処理されたゴミは、各回転体内に充填され、微弱電流と別途注入される水素によって、ゴミの発酵が促進される。この発酵によってメタンガスが発生し、エネルギーを得ることができる。
なお、ゴミの最短発酵時間は、温度条件、加湿条件および攪拌条件の各種設定値によって算出することができる。
また、ゴミ発酵キルン30は、装置全体から加熱、保湿および回転羽33から回転六角体32の誘電体への放電をアーク放電もしくは、誘電体バリア放電に変更し、加温温度を400度以上に設定すれば、ゴミ炭化キルンへ応用が可能である。この場合ゴミを発酵せず炭化し燃料化するとともに、放電、加温により発生した有機ガス(主にメタン)を焼却炉などの燃焼力などに利用する。
10 ロータリープレス
11 枠体 12 キャタピラベルト
13a,13b 回転軸
14 出口 15 投入口
16 ミル部材 17 接触部
18 歯車
20 プラズマ処理装置
21,21b ゴミ粉砕刃
22 外周壁面 23 回転円錐台
24 プラズマ放電用誘電体 25 支持台
26 開口部 27 排出口
30 ゴミ発酵キルン 31 円柱部材
32 回転六角体 33 回転刃
34 回転円柱体
40 改質機
50 水素吸蔵合金
60 焼却炉
70 補給装置
Claims (8)
- 回収されたゴミを圧縮するロータリープレスと、
そのロータリープレスによって圧縮されて得たゴミ水分に対して細胞壁を破壊可能なプラズマ処理を施すプラズマ処理装置と、
プラズマ処理をしたゴミ水分を発酵させて燃料ガスを得る発酵装置とを備えたゴミ処理装置。 - ゴミ水分から分離されたゴミを微細ゴミに粉砕するミルを備えるとともに、
前記プラズマ処理装置は、前記微細ゴミにもプラズマ処理を施し、
前記発酵装置は、プラズマ処理した微細ゴミをも発酵させることが可能であるようにした請求項1記載のゴミ処理装置。 - 回収されたゴミを圧縮するとともにゴミ水分を取り除いたゴミを微細ゴミに粉砕するミル機能を備えたロータリープレスと、
そのロータリープレスによって圧縮されて得たゴミ水分に対して細胞壁を破壊可能なプラズマ処理を施すプラズマ処理装置と、
プラズマ処理をしたゴミ水分を発酵させて燃料ガスを得る発酵装置とを備えたゴミ処理装置。 - 前記プラズマ処理装置は、前記微細ゴミにもプラズマ処理を施し、
前記発酵装置は、プラズマ処理した微細ゴミをも発酵させることが可能であるようにした請求項3記載のゴミ処理装置。 - 発酵装置から得たメタンガスから水素を得るための改質機と、
その改質機によって得た水素を貯蔵する水素吸蔵合金と、
改質機から得た炭素を用いて前記発酵装置を加温する発酵補助装置とを備えた請求項1から請求項4のいずれかに記載のゴミ処理装置。 - 発酵装置には、メタン発酵として働く微生物を補給するための補給装置を備えた請求項1から請求項5のいずれかに記載のゴミ処理装置。
- ロータリープレスで回収されたゴミを圧縮するゴミ圧縮工程と、
そのゴミ圧縮工程によって圧縮されて得たゴミ水分に対して細胞壁を破壊可能なプラズマ処理装置でプラズマ処理を施すプラズマ処理工程と、
そのプラズマ処理工程によってプラズマ処理を施したゴミ水分を発酵させて燃料ガスを得る発酵工程とを備えたゴミ処理方法。 - ゴミ水分から分離されたゴミを微細ゴミに粉砕するゴミ粉砕工程と、
そのゴミ粉砕工程によって得た微細ゴミにプラズマ処理を施す微細ゴミプラズマ処理工程と、
プラズマ処理した微細ゴミを発酵させる微細ゴミ発酵工程とを備えた請求項7記載のゴミ処理方法。
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